Учёные из Калифорнийского университета в Беркли создали «электронный нос», способный улавливать запахи испорченной еды и даже следовые количества пищевых аллергенов. Устройство состоит из 16 газовых сенсоров и работает точнее и объективнее, чем человеческий нос.
В перспективе такую технологию можно встроить в умные холодильники — они будут предупреждать владельца, что брокколи вот-вот испортится или что курица уже на последнем дне годности. Есть и портативная версия, которой можно управлять через приложение на iPhone.
Как устроен и работает электронный нос
Обычные датчики газа (например, в домашних датчиках угарного газа) реагируют только на один конкретный газ. Здесь же задача сложнее: нужно различать десятки разных летучих веществ, которые выделяют продукты при порче или при наличии аллергенов.
Карла Бассил (Carla Bassil), аспирантка по электротехнике и информатике в UC Berkeley и ведущий автор исследования, решила проблему с помощью углеродных нанотрубок. Они формируют сверхтонкие слои — в сто раз тоньше человеческого волоса — и работают при комнатной температуре, не требуя нагрева, как традиционные сенсоры на основе оксидов металлов.
Каждый из 16 сенсоров покрыт своей уникальной чувствительной плёнкой. При контакте с молекулами газа на поверхности происходит химическая реакция, которая преобразуется в электрический сигнал. Дальше в дело вступает модель машинного обучения: она анализирует комбинацию сигналов со всех сенсоров и распознаёт характерный «газовый отпечаток» конкретного продукта или степени его порчи.
Что уже умеет распознавать устройство
Сенсор натренировали на семи продуктах: клубнике, чернике, банане, грецком орехе, фундуке, кешью и арахисе. Также в обучающую выборку вошли свежая сырая курица, молоко и яйца, а также те же продукты после 24 и 48 часов пребывания при комнатной температуре.
Система успешно различает не только сам продукт, но и то, насколько он испортился. Особенно впечатляет чувствительность: устройство смогло обнаружить фрагмент грецкого ореха весом всего 0,05 грамма — это одна сотая от обычного очищенного ореха.
«Можно представить это как набор цифровых вкусовых рецепторов, — объясняет Карла Бассил. — Каждый сенсор на чипе по-своему реагирует на разные молекулы газа. Благодаря относительной избирательности сенсоров и способностям машинного обучения к распознаванию образов мы можем определить, какому продукту соответствует тот или иной газовый отпечаток. В итоге получается сенсорный чип, который намного чувствительнее и объективнее любого человеческого носа».
Перспективы применения
Пока что учёные ещё не проверили, насколько хорошо нос работает в реальных условиях — когда в воздухе одновременно присутствуют запахи нескольких продуктов (например, в салате или торте) или когда испорченная еда хранится в холодильнике вместе с другими продуктами.
Тем не менее потенциал очевиден. Бассил считает, что идеальное применение — это «умные» холодильники со встроенными сенсорами, которыми можно управлять со смартфона. Холодильник мог бы сам предупреждать: «Брокколи скоро испортится, лучше съешьте её поскорее» или «Курица на последнем дне».
Портативная версия устройства уже существует и управляется через приложение на iPhone.
Работа опубликована в журнале Science Advances.
